GPS在礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

周超波

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，GPS定位技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，其具有高效率、成本低、操作簡(jiǎn)便、定位精確的特點(diǎn)，主要由GPS衛(wèi)星及其星座、GPS信號(hào)接收機(jī)、導(dǎo)航電文存儲(chǔ)器、微處理機(jī)等部分組成，具有良好的發(fā)展前景，深受廣大測(cè)量工作者的青睞。因此，將GPS定位技術(shù)應(yīng)用在礦產(chǎn)勘查控制測(cè)量與工程測(cè)量中，將會(huì)收到良好的效果，該文則對(duì)GPS在礦產(chǎn)勘查控制測(cè)量與工程測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行探討，分析GPS技術(shù)的測(cè)量原理，結(jié)合新的技術(shù)手段進(jìn)行勘查測(cè)量，使GPS技術(shù)在礦產(chǎn)勘查中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞：GPS 礦產(chǎn)勘查 控制測(cè)量 工程測(cè)量 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（c）-0029-01

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）簡(jiǎn)稱GPS，由于其定位精度高，在礦產(chǎn)勘查控制測(cè)量與工程測(cè)量中，GPS定位技術(shù)受到地質(zhì)找礦工作者的青睞，其主要由GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控站、GPS信號(hào)接收機(jī)及微處理器組成，在測(cè)站之間不需要通視，可以自動(dòng)完成測(cè)量操作。

1 GPS在控制測(cè)量中的應(yīng)用

1.1 GPS控制測(cè)量

根據(jù)GPS控制測(cè)量的性質(zhì)劃分，可以分為外業(yè)工作（選點(diǎn)埋石、野外觀測(cè)、成果檢測(cè)等）和內(nèi)業(yè)工作（技術(shù)設(shè)計(jì)、測(cè)量后的數(shù)據(jù)處理、測(cè)量技術(shù)總結(jié)等）兩部分。分析GPS測(cè)量的工作程序，在作業(yè)方法上，應(yīng)聯(lián)測(cè)至少3個(gè)已知平面高等級(jí)點(diǎn)；選用的GPS接收機(jī)應(yīng)經(jīng)過檢校，儀器精度滿足相應(yīng)等級(jí)GPS控制測(cè)量要求；在作業(yè)要求上，由于GPS控制測(cè)量可以構(gòu)成多種圖形的控制網(wǎng)，布網(wǎng)靈活，可靠度、精確度比較高，比較適用于國(guó)家大地控制網(wǎng)、隧道測(cè)量、勘查測(cè)量及工程點(diǎn)測(cè)量，由于GPS測(cè)量的技術(shù)較復(fù)雜，工作要求也比較高，這就要求在滿足用戶的情況下應(yīng)對(duì)測(cè)量各個(gè)階段的工作進(jìn)行精心設(shè)計(jì)。

1.2 工程概述

針對(duì)某地區(qū)的銅多金屬礦產(chǎn)普查，受某省國(guó)土資源廳的委托，某地質(zhì)隊(duì)承擔(dān)了該地區(qū)銅多金屬礦產(chǎn)普查的任務(wù)。資料表明，該工程測(cè)繪工作量有首級(jí)控制點(diǎn)測(cè)量為56個(gè)，工程點(diǎn)測(cè)量80個(gè)；工作區(qū)與外界交通也較為方便；在地形地貌上，呈現(xiàn)北低南高、東低西高等地勢(shì)，標(biāo)高為30～150 m左右，中部地區(qū)地勢(shì)則較為平坦；工作區(qū)屬于典型亞熱帶氣候；測(cè)區(qū)總面積約56 km2。

1.3 測(cè)量工作技術(shù)依據(jù)和技術(shù)要求

以《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》和《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》為技術(shù)依據(jù)，在技術(shù)要求上，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1980西安坐標(biāo)系，3度帶高斯投影，投影面測(cè)區(qū)平均高程面；高程基準(zhǔn)采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。

1.4 控制測(cè)量布網(wǎng)方案

在控制測(cè)量布網(wǎng)方案中，第一，選用D級(jí)GPS網(wǎng)作為測(cè)量工作區(qū)的首級(jí)平面控制，選用雙頻GPS接收機(jī)，在控制網(wǎng)布設(shè)過程中，采用環(huán)形網(wǎng)（混連式）布設(shè)的形式，確保布設(shè)的幾何結(jié)構(gòu)強(qiáng)，具有一定的約束力；第二，由于GPS測(cè)量比較靈活，在選點(diǎn)工作上比較靈活，但是，對(duì)于點(diǎn)位的選擇，應(yīng)根據(jù)收集到的相關(guān)地理資料來合理選擇適宜的點(diǎn)位，一般點(diǎn)位需設(shè)置在便于安裝接收設(shè)備、視野開闊的較高點(diǎn)上，確保點(diǎn)位地面基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，視場(chǎng)周圍15以上不應(yīng)有障礙物，減少GPS信號(hào)的干擾，以保證測(cè)量結(jié)果的可靠性；第三，觀測(cè)，GPS接收機(jī)在點(diǎn)位上通過捕獲GPS衛(wèi)星信號(hào)來獲得所需要的定位信息和觀測(cè)數(shù)據(jù)；第四，觀測(cè)記錄，選擇單頻GPS靜態(tài)接收機(jī)對(duì)該工作區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，在觀測(cè)過程中，其觀測(cè)的衛(wèi)星個(gè)數(shù)應(yīng)超過5個(gè)以上，時(shí)段長(zhǎng)度必須大于45 min，采樣間隔應(yīng)為5 s，從三個(gè)方位進(jìn)行測(cè)量天線高，最終取平均值。

1.5 GPS數(shù)據(jù)處理

GPS數(shù)據(jù)處理，主要包括GPS接收機(jī)采集記錄、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)處理、基線解算、GPS網(wǎng)平差等流程，在整個(gè)處理處理過程中，其基線向量的解算是一個(gè)復(fù)雜的平差計(jì)算過程，基線處理完成后應(yīng)對(duì)觀測(cè)值殘差分析，基線長(zhǎng)度的精度，基線向量環(huán)閉合差的計(jì)算分析和檢核。

1.6 高程控制測(cè)量的精度

GPS觀測(cè)過程中，聯(lián)測(cè)了部分水準(zhǔn)點(diǎn)（部分已知C級(jí)GPS點(diǎn)高程等級(jí)為III等），將起點(diǎn)數(shù)據(jù)與布設(shè)的點(diǎn)位進(jìn)行高程擬合可以計(jì)算出D級(jí)控制點(diǎn)GPS的高程，通過水準(zhǔn)測(cè)量驗(yàn)證，擬合高程符合四等水準(zhǔn)測(cè)量精度的要求。

2 RTK在工程測(cè)量中的應(yīng)用

2.1 RTK的原理

RTK主要由GPS信號(hào)接收、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等三部分組成，其是根據(jù)實(shí)時(shí)差分信號(hào)，采用以載波相位測(cè)量的方式進(jìn)行GPS測(cè)量，從而實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的三維定位結(jié)果。RTK測(cè)量的工作原理是根據(jù)GPS定位理論對(duì)基準(zhǔn)站及移動(dòng)站進(jìn)行信號(hào)的同步采集，然而，在進(jìn)行信號(hào)接收機(jī)載波相位測(cè)量工作的同時(shí)，基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈會(huì)將測(cè)量出的觀測(cè)值及坐標(biāo)點(diǎn)信息傳輸給移動(dòng)站，通過移動(dòng)站對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理后，并分析比較實(shí)測(cè)精度與預(yù)設(shè)精度，若測(cè)得的精度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，工作人員則將會(huì)記錄該點(diǎn)的精度及三維坐標(biāo)。

2.2 RTK的特點(diǎn)

RTK的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在誤差、整周模糊度、數(shù)據(jù)鏈、坐標(biāo)系統(tǒng)等方面。其中，在RTK誤差方面，主要分為同測(cè)站相關(guān)的誤差、同距離相關(guān)的誤差兩類。

2.3 RTK測(cè)量的技術(shù)關(guān)鍵

第一，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算，實(shí)時(shí)測(cè)量待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)系，這就要求需要采用GPS控制器內(nèi)部設(shè)置的實(shí)時(shí)處理軟件進(jìn)行計(jì)算，包括控制點(diǎn)精度、密度、分布狀況等轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解；第二，基準(zhǔn)站的布設(shè)，GPS衛(wèi)星運(yùn)行于距地表2 km×104 km的高空，對(duì)于RTK數(shù)據(jù)鏈的選擇，采用超高頻電磁波來提高信號(hào)接收的質(zhì)量，然而，在基準(zhǔn)站測(cè)量中，應(yīng)避免電磁的干擾，減少多路徑效應(yīng)的影響，從而提高數(shù)傳電臺(tái)的傳輸距離。

2.4 RTK工程測(cè)量成果

該工程測(cè)量共實(shí)施了工程點(diǎn)80個(gè)，為了提高工程點(diǎn)觀測(cè)的精度，當(dāng)RTK測(cè)量完成后，采用全站儀對(duì)平面和高程進(jìn)行實(shí)地檢查，通過對(duì)工程點(diǎn)的點(diǎn)位和高程中誤差進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，RTK的實(shí)測(cè)精度符合預(yù)設(shè)精度標(biāo)準(zhǔn)。

3 工程質(zhì)量控制

在工程質(zhì)量控制中，應(yīng)明確崗位職責(zé)，做好檢查及驗(yàn)收工作，建立質(zhì)量管理控制體系，確保外業(yè)檢查及內(nèi)業(yè)檢查到位，從而進(jìn)行全過程的質(zhì)量控制工序管理。

4 結(jié)論

在工程測(cè)量中，充分利用GPS定位技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，選用合理的GPS高程擬合模型計(jì)算機(jī)工程點(diǎn)的實(shí)測(cè)精度，使實(shí)測(cè)精度達(dá)到預(yù)設(shè)精度指標(biāo)。

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